De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

1.1 Energie de liaison des noyaux
1 NEUTRONIQUE
Selon la théorie D'Einstein il existe une relation d’interchangeabilité entre la masse et l'énergie. Cette
relation est donnée par l'expression suivante
2
E = m ⋅c
(1)
Avec E: énergie totale (J)
m: masse
c: la vitesse de la lumière dans le vide (2.998 10 8 m/s)
La détermination directe de la masse des différents nucléides par une spectrométrie de masse a montré
que la véritable masse est toujours plus petite que la somme des masses des différents nucléons
formant les nuclides.
La somme des masses de chaque particule desquelles l'atome ou l'isotope est constitué sera donné par:
Z ⋅ m + Z ⋅ m + A − Z ⋅ m (2)
m p : la masse au repos d'un proton (1.007267 u),
m e : la masse au repos d'un électron (0.000549 u),
m n : la masse au repos d'un neutron (1.007825 u),
u: l'unité de masse atomique 1 (1.661 10 -27 kg)
p
e
( )
n
En physique nucléaire on utilise souvent comme unité pour l'énergie: l'électronvolt ((1 eV = 1.602 10 -
19 J). Comme évoqué précédemment la véritable masse et donc aussi l'énergie d'un atome d'un isotope
est toujours plus petite que la somme des masses des particules prises individuellement.
Δm = Z ⋅ m + m + A − Z ⋅ m − (3)
( ) ( ) M
p
e
En d'autres termes, si un atome est formé à partir de particules individuelles, il va perdre de sa masse.
Cette perte de masse est transformée en énergie E=Δm c 2 . Cette énergie est libérée par la liaison entre
les particules libres et l'atome qui est aussi appelée l'énergie de liaison (BE) Inversement, une quantité
d'énergie identique doit être apportée à l'atome pour en extraire les particules originales. Couramment
on exprime l'énergie de liaison d'un atome par nucléon
BE 931.5
= ⋅( 1.007825 ⋅ Z + 1.008665 ⋅( A − Z)
− M)MeV
(4)
A A
Si l'on exprime l'énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de masse on obtient une courbe
comme à la figure 1. La figure montre clairement que cette courbe est caractérisée par une valeur
maximum pour un nombre de masse entre grosso modo 60 et 80.
On peut démontrer que lorsqu'on transforme des noyaux avec une énergie de liaison basse en noyaux
avec une énergie de liaison plus importante par nucléon cela va de paire avec une libération d'énergie
et c'est énergétiquement favorable. De la figure 1 on peut déduire que la combinaison (ou fusion) de
noyaux légers ou la fission de noyaux lourds, peut fournir de l'énergie.
n
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